Взаимодействие электронных и ионных пучков с твердым телом

Отражательная ионная микроскопия

Отражательная ионная микроскопия (ОИМ) – метод получения изображения поверхности материала путем регистрации ионов, рассеянных под малыми углами. Для получения качественного изображения методом ОИМ, то есть при использовании скользящих углов падения, необходима
большая глубина фокуса, которой обладает сканирующий ионный гелиевый микроскоп. Большая глубина фокуса данного прибора обеспечивается малым углом сходимости (менее 1 мрад) сфокусированного ионного пучка.

В нашей лаборатории был разработан способ реализации метода ОИМ в гелиевом ионном микроскопе. Для регистрации отраженных ионов применялась конверсия отраженных ионов во вторичные электроны с их последущей регистрацией детектором типа Эверхарта-Торнли.

Данный метод представляется перспективным для исследования морфологии поверхности диэлектрических материалов без применения каких-либо методов компенсации заряда, а также может применяться для количественной оценки малых перепадов высоты. Более подробно метод ОИМ описан в наших работах

Распыление сфокусированным ионным пучком

Распыление сфокусированным ионным пучком является одним из наиболее популярных методов современных нанотехнологий.

В результате столкновений налетающих ускоренных ионов с атомами поверхности твердого тела последние получают достаточную энергию для того, чтобы оторваться и улететь. При этом может иметь место адсорбция этих улетевших атомов на близрасположенную поверхность материала, приводя к переосаждению материала. Кроме того, в процессе распыления происходит имплантация ионов в обрабатываемый материал, в результате чего в приповерхностной области возникают точечные дефекты.

Разрешение обработки поверхности, достижимое при использовании данного метода, составляет менее 100 нм для большинства систем со сфокусированным ионным пучком. Наилучшие результаты, менее 10 нм, могут быть получены с помощью гелиевого ионного микроскопа.

Распыление сфокусированным ионным пучком используется как для создания новых элементов наноструктур, так и для подготовки поперечных срезов различных материалов и устройств, и широко применяется в различных отраслях промышленности.

Ионно-электронная эмиссия в гелиевом ионном микроскопе

При воздействии на поверхность твёрдого тела ускоренными ионами, в нём одновременно происходит большое количество процессов обмена энергией, в результате которых из вещества вылетают (эмитируются) частицы различной природы и различных энергий: электроны, положительные и отрицательные ионы химических элементов и соединений, нейтральные атомы, фотоны. Любые из перечисленных частиц несут информацию о тех или иных физико-химических свойствах материала. Электроны, связанные с атомами в твёрдом теле, в результате взаимодействия с ускоренными частицами приобретают энергию, достаточную для того, чтобы покинуть вещество. Такие эмитированные электроны по аналогии с электрон-электронной эмиссией, часто называют вторичными электронами.

В работах нашего коллектива было исследовано распределение вторичных электронов, возбуждаемых ионами гелия, и продемонстрирован ряд особенностей, использование которых позволяет получить дополнительную информацию при исследовании материалов методами сканирующей ионной микроскопии посредством фильтрации вторичных электронов по энергиям.